众所周知，内存和硬盘都是计算机的存储设备，它们在断电后对数据的保持能力有所不同。其中，内存的数据在断电后会丢失，而硬盘则能持久化存储数据，因为它是一种I/O设备。
实际上，CPU内部也有用于存储数据的组件，如寄存器、CPU L1/L2/L3 Cache等，尽管它们存储的数据量非常小，但由于靠近CPU核心，访问速度极快，甚至超过了硬盘好几个数量级。
关于机械硬盘、固态硬盘和内存这三个存储器与CPU L1 Cache的速度差异，我们首先需要了解“存储器的层次结构”。这个结构就像我们大脑的记忆体系一样，有短期记忆和长期记忆之分，计算机的存储器也有类似的层次划分。
我们可以把CPU比作我们的大脑，而大脑正在思考的东西就好比CPU中的寄存器，这是处理速度最快的部分，但能存储的数据量却是最少的。而我们的记忆则好比CPU Cache，包括L1、L2、L3等多层，它们距离CPU的远近不同，读写速度和存储空间也有所差异。
接下来是CPU外部的存储器。当我们大脑中没有所需资料时，会从书桌上的书籍中寻找，这就像内存的读写操作。而图书馆里的书籍或家中的书籍则如同硬盘，能存储大量数据，但读写速度相对较慢。
具体来说，寄存器是紧挨着CPU的控制单元和逻辑计算单元的存储器，使用材料速度极快但价格昂贵。而CPU Cache则是一种叫SRAM（Static Random-Access Memory）的芯片。内存则使用的是DRAM（Dynamic Random Access Memory）芯片，虽然密度高、功耗低且造价便宜，但读写速度相对较慢。
至于SSD（固体硬盘）和机械硬盘HDD，它们与内存的读写速度相比有明显的差距。SSD的读写速度比机械硬盘要快很多。而机械硬盘则是通过物理读写方式访问数据，因此其访问速度相对最慢。
现在我们来对比一下这些存储器的速度差异。CPU L1 Cache的访问延时大约是1纳秒，而内存的随机访问延时大约是100纳秒，因此CPU L1 Cache比内存快大约100倍。SSD的随机访问延时大约是150微秒，所以CPU L1 Cache比SSD快大约150000倍。最慢的机械硬盘随机访问延时已经高达10毫秒，与其他存储器的速度差距非常明显。
这张速度的“阶层差异”构成了计算机中的缓存体系。不同层级的存储器之间性能和价格差异巨大。在构建现代计算机时，我们需要充分理解这些差异并合理利用这些存储器来平衡性能和成本。
在编程中，这些硬件的数据存取速度差异也带来了各种问题，如有序性、可见性、原子性等。我们需要根据这些硬件的特性来设计合理的软件架构和数据管理策略。
计算机的存储体系是一个复杂而精妙的系统。通过理解并利用不同存储器的特性和层次结构，我们可以更好地设计和优化计算机系统以提高其性能和效率。
在了解这些之后，我们再回到问题本身：机械硬盘、固态硬盘、内存这三个存储器与CPU L1 Cache相比速度差多少倍？具体来说，CPU L1 Cache比内存快约100倍左右；比SSD快约150000倍左右；而与最慢的机械硬盘相比则快了数百万倍之多。
通过这样的对比和了解，我们可以更加深入地认识到计算机存储系统的复杂性和多样性。这也是我们在使用和开发计算机系统时需要充分了解和考虑的重要因素。
最后值得一提的是，无论是硬件还是软件都需要不断更新和发展以适应日益增长的数据需求和处理要求。对于未来的计算机系统来说拥有更高效的存储和计算能力将至关重要。
希望这样的解释能够帮助你更好地理解计算机的存储体系和不同存储器之间的性能差异。
